磁性液體測量儀的制作方法

本實用新型涉及一種磁性液體測量儀，屬于電子技術應用和實驗技術的領域。

背景技術：

磁性液體是一種由包覆有表面活性劑的納米鐵磁性或亞鐵磁性顆粒分散于液態載液中而形成的穩定的膠態懸浮液。磁體在磁場作用下會受其影響，而在磁場作用下這種磁性液體不僅具有液體的流動性還有磁體材料的磁性，它是一種新型的納米液態功能材料，它優越的獨特性能在航空航天、機械、冶金、環保和生物醫療等領域有著廣泛的應用。

本實用新型的磁性液體測量儀是利用激光測距來檢測磁性液體的懸浮高度和變化，能準確測量出磁性液體液面凸起高度變化及其與磁場的關系，能準確而直觀地展示磁性液體的懸浮特性。本測量儀還具有液晶屏顯示，它操作簡單、性能穩定、效果明顯，能應用于電磁學、物理等課程的測量與教學實驗。

本實用新型的測量儀應用了激光測距模塊和微處理器，它通過激光傳感器由測距模塊向磁性液體發射出激光脈沖，在磁性液體表面被反射產生回波信號，回波信號中包含有相應的待測信息，接收系統接收信號并由信號處理系統進行分折，即可獲得測量的距離。測量儀利用微處理器來進行信號的轉換與處理，并由液晶屏實時顯示磁性液面變化，同時能夠展示其液而凸起高度與電流的變化關系，在實驗教學中可以激發學生對新材料的興趣。培養學生的創新思維。

技術實現要素：

針對現有的測量手段和測量儀器的不足，本實用新型設計的磁性液體測量儀，采用了激光測距模塊并結合微處理器對磁性液體進行測量，并采用大電流恒流源以產生穩恒的磁場，從而能測量和掌握磁性液體變化與磁場的關系。

本磁性液體測量儀，包括測量儀主機和磁性測量臺，測量儀主機上設置有液晶屏、信號輸入端口、示波器輸出端口、磁場控制輸出端口、功能及選擇按鍵和磁場控制旋鈕；磁性測量臺上設置有激光測距模塊、激光頭移動槽、刻度尺、測量架、測量盤、磁性線圈、信號輸出端口和磁場控制輸入端口；本測量儀主機內設置有微處理器及大電流恒流源。

本測量儀通過激光測距模塊來測量其與磁性液體凸起的距離，由微處理器根據傳感器輸入的位移信號進行處理后通過液晶屏直觀顯示出磁性液體凸起高度，同時能用于測量磁性液體的液面高度的變化與磁場的大小關系。

本測量儀的激光頭移動槽是正交的兩個移動槽，能使激光頭沿X和Y軸兩個方向移動，同時其兩個移動槽邊都具有刻度尺，可以測量出激光頭在兩軸上移動的準確距離。

本測量儀的激光測距模塊主要由脈沖半導體激光發射管、接收系統和光電二極管構成。測量時由激光發射管發射激光脈沖，在磁性液體表面產生反射，由接收系統接收，并成像到光電二極管上。光電二極管將微弱的光信號轉化為相應的電信號，得到從脈沖開始到停止之間的時差，由該時差計算液體表面與發射端的距離。而主機內的微處理器對傳回的信號進行分析與處理，最終將結果送給液晶屏顯示出來。

本測量儀主機內采用的微處理器是TI公司生產的MSP430F479。它是一款超低功耗的單片機，它基于真正的正交16位RISCCPU內核，具有16個可單周期全尋址的16位寄存器，3個不同的時鐘信號，6種工作模式，耗電電流很小，并可置于省電模式，以中斷的方式喚醒，盡可能地降低功耗。MSP430F479具有強大的運算性能、片內包括有精密硬件乘法器、具有60KB的FLASH、2KB的RAM、12位高精A/D轉換器、高精度比較器等常用資源。通過片內的JTAG調試接口即可完成系統編碼的調試，開發環境方便高效。

本測量儀具有可控磁場線圈，置于測量儀主機內部，磁場線圈為空心結構，通入線圈的磁場電流由測量儀主機內微處理器所控制的大電流恒流源提供。主機內恒流源所采用的運放芯片為LF353，LF353是一種帶內部微調輸入偏差電壓技術(BI—FETⅡtechnology)的高速運放，它輸入阻抗高，并具有極高的轉換率。同時為達到大電流輸出，在恒流源的輸出端采用了大功率的NPN型達林頓復合管電路。

本測量儀可直觀顯示磁性液面凸起的高度，同時結合功能及選擇按鍵，可以顯示通入磁場線圈的電流或者是磁場線圈中磁場的大小，在調整磁場線圈電流的過程中，磁場發生變化，而磁性液體也會引起相應的改變，通過測量可找出磁性液體在不同的磁場影響下的變化規律。

附圖說明

圖1是測量儀主機外觀圖，其中的1是液晶屏、2是信號輸入端口、3是示波器輸出端口、4是磁場控制輸出端口、5是功能及選擇按鍵、6是磁場控制旋鈕。

圖2是磁性測量臺外觀圖，其中的7是激光測距模塊，8是激光頭移動槽，9是刻度尺，10是測量架，11是磁性液體，12是測量盤，13磁性線圈，14信號輸出端口，15磁場控制輸入端口。

圖3是恒流源電路圖。

具體實施方式

結合附圖，下面具體說明磁性液體測量儀的工作和電路情況。

測量時，磁場線圈內的電流由測量儀主機上的磁場控制旋鈕控制，緩慢旋轉就可加大電流，控制信號由連接線從測量儀主機的磁場控制輸出端口連接到磁性測量臺的磁場控制輸入端口，從而逐漸增加測量盤處磁場；測量盤位于磁性線圈中心部，將磁性液體置于測量盤中心，當磁場變化時，會引起磁性液體的改變產生懸浮狀。

激光測距模塊里的激光發射管可采用功率為5mW激光發射管、為避免可見光的影響，在激光發射管前端加入帶通濾光鏡片。實驗中激光發射管發射激光脈沖，在磁性液體表面產生反射，由接收系統接收，并成像到光電二極管上，光電二極管將微弱的光信號轉化為相應的電信號，并從信號輸出端口通過信號線將電信號由測量儀主機上的信號輸入端口輸入給主機，再由主機內的微處理器進行進一步的處理和輸出。

本測量儀的功能及選擇按鍵采用獨立式鍵盤，即通過微處理器的I/O口與按鍵相連，具有中心的菜單及確認鍵、左右的兩個選擇鍵及上下的兩個顯示按鍵。通過功能及選擇按鍵可由液晶屏實時顯示出激光頭測量的磁性液體的變化數據，也可由液晶屏分別顯示磁場或控制電流的大小。

本測量儀的液晶屏顯示采用低電壓、低功耗帶中文字庫、采用ST7920控制器的128×64液晶顯示屏。它具有4/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，其模塊接口方式靈活，操作指令簡單、方便，可以完成圖形顯示，并可顯示8×4行16×16點陣的漢字，可構成全完整的人機交互圖形界面。

本測量儀的磁性測量臺的信號輸出端口和實驗儀主機上的信號輸入端口都采用多芯航空插座，通過信號線相互連接。

本測量儀主機內設置有微處理器及大電流恒流源，能實現對磁場的二維準確控制和對磁性液體的變化的準確測量和顯示等功能，能測量磁性液體凸起高度與磁場或電流之間的關系。可培養學生的創新思維，適合于電磁學、物理等課程的測量與教學實驗。